河道治理控导工程磨盘坝施工技术探究

魏双超

(中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 咸阳 712000)

0 引言

河道的流场、岸线演变、河床冲淤和分流比在不断的发生变化,对于城市的规划建设造成一定局限,而控导工程能有效的导顺水流保护岸线减缓河床冲淤和稳定分流比,创造更加合理的空间规划和资源整合利用。

1 技术难点分析

磨盘坝布置于河道弯道外侧,坝基础高程设计深入老河道底深泓2 m以下,基础地质情况较为复杂;并且经过常年河水冲刷,岸边土质边坡垮塌严重,部分磨盘坝位置出现在现状河道中央,造成坝腔必须进行回填的状况,增加了施工难度。同时结合总工期调整及磨盘坝沿河施工必须在枯水期作业的要求,坝体砌筑施工强度大大增加。

因此通过磨盘坝开挖、基础降水、砌筑的施工技术研究与应用,总结出一套合理、切实可行并具有可操作性的施工工艺来指导现场生产,以达到操作方便、安全,施工高效的目的,为同类型工程提供指导性经验。

2 主要研究方向

2.1 研究深水条件下坝基开挖降水、基础处理

针对磨盘坝处于河道中间,且无法采用明渠导流,要创造干地作业条件,处理深水条件下坝基开挖降水、基础处理施工。

2.2 研究磨盘坝腹腔边坡为回填段时的高效施工工艺

若坝体腹腔为填筑形成,势必在施工过程宾格笼石与坝腔土方回填存在相互交叉作业,如果安排不合理将极大程度造成窝工情况,不利于施工进度及成本控制,所以急需总结出在减小相互施工干扰的情况下,保证回填施工质量、同时加快宾格笼石砌筑施工效率。

2.3 研究流沙条件下坝基格宾笼石施工技术

根据地质编录,本工程卢家村4#磨盘坝基础位于流沙地质层,针对流沙层磨盘坝基础处理的方案。

3 方案分析及结论

3.1 深水条件下坝基开挖降水、基础处理

针对卢家村磨盘坝处于河道中间,因征地问题且无法开挖导流明渠,要创造干地作业条件,必须解决深水条件下坝基开挖降水、基础处理施工,根据以往类似工程的施工经验,提出了以下方案。

3.1.1 采用拉森钢板桩围堰

沿磨盘坝基础开挖边线修筑钢板桩施工机械工作平台(考虑后续磨盘坝施工道路),然后施打钢板桩。根据现状河道高程,拟采用12 m长拉森钢板桩,打入桩顶距水面50 cm时停止。利用钢板桩合拢形成封闭挡水围堰,并及时将钢板桩右侧磨盘坝区域积水进行抽排,形成干地施工。坝基开挖完成后将形成3.5 m深的挡水围堰。但本工程为线性工程,基坑较长,使用钢板桩围堰成本较高,同时施工区紧邻村落民居,打桩会产生很大的噪音,对周边环境造成影响。

3.1.2 采用河道内筑岛方式

根据磨盘坝所处位置、河道现状、河道宽度、磨盘坝侵占河道范围及工期要求,采用在枯水期河道内筑岛、修筑顺水土石围堰进行施工。首先在河道右侧筑岛碾压,形成施工道路和回填平台,并在缩窄的河道围堰迎水侧铺设土工膜和砼桩头解决水流对围堰的冲刷和减小磨盘坝基坑开挖时的渗流及基坑边坡的安全。基坑开挖的泥土弃至上游河滩岸边,开挖一段,验收一段,磨盘坝施工一段。本方案投资经济、操作简便,相对比钢板桩能够较好适应各类复杂地质情况。通过生产性试验,此方案可行,且施工速度较快,费用较低。

3.1.3 管井降水

由地勘报告的地质状况、渗流系数,建立潜水非完整井、远离边界模型,计算出处基坑总涌水量,确定降水井的数量和埋深。并在赵家堡磨盘坝群进行生产性试验,但是由于本工程位于原泾河古河床,地下2 m左右存在淤泥层,导致基坑中的水难以经过管井排除,降水效果较差,降水周期较长。

3.1.4 集水明排

坝基底部迎水侧两端坡脚设置排水沟,每隔50 m开挖龙头坑,采用7.5 kw污水泵进行排水,100 m为一段,分阶段开挖、分阶段排水。通过生产性试验,此方案可行,且施工速度较快,费用较低。

3.1.5 坝基软基采用抛石处理

全线87座磨盘坝要求在一个枯水期施工完成,施工强度高、任务重。若出现软基情况,通常处理方法为素土换填法、灰土换填、碎石换填、或者强夯法,但根据工程所处的地质条件,渗水量大,素土换填和灰土回填法,以及强夯法不能科学合理用于本工程。因此选择采用抛石处理,尽可能考虑采用地材,便于料源供货充足,同时可利用抛石后的空隙形成水流通道,便于积水抽排。

3.1.6 成果分析

经过对方案的比选和生产性试验,确定采用河道内筑岛、修筑顺水土石围堰更适合磨盘坝处于深水情况下,同时采取集中明排及抛石处理效果较好。深水修筑磨盘坝采用河道内筑岛此方案投资经济、操作简便,相对比钢板桩能够较好适应各类复杂地质情况。通过生产性试验,此方案可行,且施工速度较快,费用较低;并且本工程在地质勘察报告不太详细的情况下,采取这种办法适应性更强。坝基降水采用集中抽排可调节性强,能够适应局部大多情况,再加上抛石间隙形成的水流通道,更加快速、高效的达到降水目的。

3.2 坝体腹腔为回填部分时的处理方案

3.2.1 采用坝体腹腔一次填筑

一次填筑到坝顶的方式,待全部填筑完成后再进行刷坡,按照常规开挖段施工顺序进行磨盘坝砌筑。不同的是,边坡开挖段会在磨盘坝外侧形成临时道路用于石料运输;而回填段情况,一次填筑到顶,坝体外侧无临时道路,无法形成石料运输道路,需增加施工道路填筑工程量。此方法虽然可行,但是工程量会增大,同时填筑过程周期长,将导致砌筑施工人员窝工情况。

3.2.2 采用逐层填筑、砌筑循环作业思路

3.2.3 成果分析

经过对方案的比选和分析,确定采用坝体回填与笼石砌筑交替作业效果较好,并遵循以下施工方式:根据现场施工机械能力,决定采取每4 m高程范围为一个层,形成一个作业循环,先进行坝腔土方回填,碾压完成后进行土工布铺设及碎石铺设,最后进行边坡笼石施工,按照此方式施工到坝顶。可减小填筑工程量,同时交替作业避免砌筑施工人员长时间窝工,既可有效控制施工成本,也可加快施工进度。

3.3 流沙条件下坝基格宾笼石施工技术

3.3.1 采用大开挖方式

根据磨盘坝位置所处地形,由现状地面开挖至磨盘坝基础底高差约19 m,若采用大开挖,放缓坡比,根据现场实际情况开挖开口线将受到周围包茂高速(紧邻包茂高速路基)及坟墓的制约,无法放大边坡开口线,则此方案现状不可行。

3.3.2 采用拉森钢板桩进行基坑支护

根据现状开挖高程,若采用钢板桩进行基坑支护,需采用12 m长拉森钢板桩,确保开挖深度6 m。存在弊端:在进行钢板桩支撑开挖后,钢板桩上部外侧均为流沙、极不稳定,流沙给予钢板桩四周向内的侧应力,经现场勘探后,不利于钢板桩稳定,存在安全隐患,则此方案不可行。

3.3.3 采用进占开挖方式

根据目前地质情况,考虑从砂层影响较小的区域先进行坝基开挖,开挖后及时砌筑基础宾格笼石,并完成笼石土方回填。形成开挖一段、砌筑一段、稳固一段的进占施工思路,逐步向端头岸坡镶嵌处施工。本方案投入成本相对较小,并且不需要占用大面积耕地,减小占地征地压力。

3.3.4 成果分析

经过对方案的比选和分析,在施工空间受限、投资控制严格的情况下,确定磨盘坝流沙基础采用分段开挖、进占砌筑的思路逐步向前推进,减少砂层扰动,开挖后迅速进行格宾笼石砌筑,防止开挖基础长时间放置、流沙垮塌导致基础填埋。此方案既可有效控制施工成本,也可便于现场操作。

4 效益分析

借助本工程,通过方案优化、生产性试验实施,有效控制施工成本。深水条件下采用河道内筑岛、修筑顺水土石围堰开挖代替钢板桩围堰施工,有效降低成本;坝基软基处理中,有效利用当地地材,施工简便、效率高,原材料成本得以控制;对于交叉作业,采取每4 m高程范围为一个作业循环,先进行坝腔土方回填,碾压完成后进行土工布铺设及碎石铺设,最后进行边坡笼石施工,减少了边坡一次填筑成型造成的人员、设备窝工费用,有效降低后期因窝工产生的索赔风险;坝基流沙基础采用分段开挖、进占砌筑方法,不仅解决了施工技术难题,更是有效节约了施工成本,加快了施工进度。

5 结语

随着城市人民物质生活和精神生活水平的不断提高,人们对居住环境的要求也越来越高,亲近水、傍水而居已经成为了人们居住愿望的主要趋势。因此沿河的开发建设也越来越多,河道治理对城市的规划建设至关重要,加快了治理的步伐。

控导工程作为重要部分,能有效的导顺水流、保护岸线,减缓河床冲淤和稳定分流比,发挥着举足轻重的作用。本文针对控导工程磨盘坝施工技术进行了认真分析,对于不同施工条件下进行方案对比、总结,在实施后具有良好的社会经济效益,值得在类似工程中大力推广。